文／邵利芳，黨軍·陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司

副箱驅(qū)動(dòng)齒輪類零件因?yàn)楹穸群?、壁薄的特點(diǎn)，使得相應(yīng)的鍛造模具型腔也比較深且型腔壁較薄，成形過(guò)程中極易在模具壁薄處產(chǎn)生破裂問(wèn)題，造成模具壽命不高，鍛件成本居高不下。

圖1 為我公司設(shè)計(jì)的某副箱驅(qū)動(dòng)齒輪示意圖，該齒輪鍛件外徑為φ140mm，總厚度91.6mm。該類直徑小、厚度厚、形狀類似法蘭盤的零件，其模具壽命不高一直是困擾我們的問(wèn)題。

鍛造工藝探討

原有工藝

一般情況下，針對(duì)副箱驅(qū)動(dòng)齒輪類零件，開(kāi)式模鍛是其最廣泛使用的模鍛方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于模具壁厚，鍛件有充裕的坯料可以充滿各個(gè)圓角，飛邊對(duì)模具受力起到緩沖作用，保證了模具壽命，但是其飛邊材料損耗為鍛件重量的10%～50%，平均約為30%，而材料費(fèi)占模鍛件成本的60%～70%，所以我們將此類鍛件改為閉式生產(chǎn)。

原因分析

閉式模鍛是坯料在封閉型槽內(nèi)以鐓粗或擠壓的方式變形成鍛件的。同開(kāi)式模鍛相比，閉式模鍛最后成形部分必須靠模壁封住坯料進(jìn)行內(nèi)部充滿，這對(duì)模壁強(qiáng)度要求比較高。在以前設(shè)計(jì)時(shí)只考慮鍛件型腔，對(duì)模壁強(qiáng)度考慮不足，但是對(duì)于圖2 紅色標(biāo)記所示部位需要充滿，在坯料接觸外壁后必須繼續(xù)下壓模具，導(dǎo)致模具受力過(guò)大，鍛件模壁薄弱處，特別是根部圓角(圖3）在成形后期受力過(guò)大破裂。

改善后的閉式熱模鍛工藝

為了提高模具壽命，針對(duì)此類法蘭類薄壁鍛件，我們統(tǒng)一考慮更改模具結(jié)構(gòu)，將模具整體結(jié)構(gòu)更改成分體結(jié)構(gòu)，同時(shí)調(diào)整模具設(shè)計(jì)思路。為防止φ89.6mm 處模具受力過(guò)大，我們將難充滿的φ66.5mm 部位做成分體式結(jié)構(gòu)，同時(shí)在φ89.6mm處增加排氣孔，減輕該處成形過(guò)程中憋氣的情況，如圖4 所示。經(jīng)過(guò)更改后，模具壽命明顯好轉(zhuǎn)，由以前的1500 件左右升至3000 件左右，但是仍然不能滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求，特別是不能滿足自動(dòng)線生產(chǎn)的模具壽命需求。

圖3 鍛模破裂情況

圖4 多工步生產(chǎn)模具

我們重新分析整個(gè)鍛件，在不改變鍛件工藝用料的前提下，對(duì)預(yù)、終鍛模具的設(shè)計(jì)保證兩點(diǎn)：第一、確保模具壽命達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不會(huì)出現(xiàn)破裂的情況；第二、鍛件出模順利，不會(huì)出現(xiàn)卡模的現(xiàn)象。我們認(rèn)為，鍛件上模側(cè)壁厚度小，而鍛件在成形過(guò)程中，上模受到的沖擊力要比下模大的多，所以將鍛件進(jìn)行掉頭設(shè)計(jì)，也就是模具厚壁部位設(shè)計(jì)在上模，薄壁部位設(shè)計(jì)在下模，而且將下模薄壁部位和成形外圈設(shè)計(jì)為一體，如圖5 所標(biāo)43 模具外圈所示。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，預(yù)鍛設(shè)計(jì)是最為關(guān)鍵的，也是最能體現(xiàn)設(shè)計(jì)者技術(shù)水平的。預(yù)鍛主要起分料的作用，能為終鍛成形做好準(zhǔn)備。在設(shè)計(jì)上，我們保證預(yù)鍛件在終鍛型槽內(nèi)盡可能鐓粗且充滿型腔，而不發(fā)生坯料回流現(xiàn)象，這樣盡可能地減少鍛件的反擠成形，減少成形力的同時(shí)也降低鍛件折疊形成的風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 更改后的模具圖

按照新的思路進(jìn)行模具設(shè)計(jì)后，鍛件充滿性好，模具壽命達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在多工位或高能螺旋壓力機(jī)上使用該模具時(shí)，模具壽命提高為原來(lái)的兩倍以上，從而降低了鍛造成本，且降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)副箱驅(qū)動(dòng)齒輪類零件不同模具設(shè)計(jì)工藝的對(duì)比，得出以下結(jié)論：

⑴在預(yù)鍛型腔設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮分料，也要考慮鍛件成形過(guò)程中坯料的流動(dòng)方式。

⑵此類高翼型驅(qū)動(dòng)齒輪的閉式工藝，不同于其他齒輪的閉式工藝，特別是在高速自動(dòng)線上，因步進(jìn)梁傳輸比較快，人力無(wú)法干預(yù)，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分考慮每個(gè)工步的定位，分料要準(zhǔn)確，特別是預(yù)鍛型腔的設(shè)計(jì)必須為終鍛成形做好準(zhǔn)備。

⑶對(duì)于大多高能壓力機(jī)通常只有鐓粗和終鍛工步，模具設(shè)計(jì)更有難度。擇優(yōu)的終鍛型腔設(shè)計(jì)，可以降低鍛件的廢品率，同時(shí)又可避免因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)導(dǎo)致模具壁薄易破裂的缺點(diǎn)，從而有效降低鍛造成本。

⑷該副箱驅(qū)動(dòng)齒輪類零件的模具設(shè)計(jì)，對(duì)其他相似結(jié)構(gòu)的模具設(shè)計(jì)具有借鑒和參考意義。